JP6103640B2

JP6103640B2 - 位置検出装置

Info

Publication number: JP6103640B2
Application number: JP2013147566A
Authority: JP
Inventors: 由季子安田; 一郎徳永; 篠原　英司; 英司篠原
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2013-07-16
Filing date: 2013-07-16
Publication date: 2017-03-29
Anticipated expiration: 2033-07-16
Also published as: US20150022189A1; JP2015021736A

Description

本発明は、位置検出装置に関し、特に、被検知物体を磁気的な変化によって検出する磁気式の位置検出装置に関する。

従来から、被検知物体が所定の位置に近付いたことを磁気的な変化により検出するようにした位置検出装置が広く知られている。このような位置検出装置は、例えば自動車などの制御の電子化が進展するのに伴い、ハンドルやアクセルブレーキ等の運転に直接関わる操作や、ドアや窓の開閉、シートの位置などの検出等、多くの用途に使用されている。そのため、用途に応じた設置場所に設置することができるように、小型化することが求められている。

特許文献１（従来例１）では、図８に示すような、近接センサ（位置検出装置）９００が記載されている。検出部としての磁電変換素子９０４は、例えばホール素子で、回路基板９０３の上面に取り付けられている。永久磁石９０９，９１０は、磁電変換素子９０４の左右両側に位置するように回路基板９０３の上面に例えば接着剤を介して固定されており、永久磁石９０９，９１０は夫々のＮ極が磁電変換素子９０４に近付き、夫々のＳ極が磁電変換素子９０４から遠ざかるように（Ｎ極とＳ極を結ぶ軸が水平方向に）位置している。永久磁石９１２は永久磁石９０９，９１０に比べて磁束密度が小さく、磁電変換素子９０４の真下に位置するように回路基板９０３の下面に接着剤を介して固定されており、この永久磁石９１２はそのＮ極が磁電変換素子９０４に近付き、Ｓ極が磁電変換素子９０４から遠ざかるように（Ｎ極とＳ極を結ぶ軸が垂直方向に沿う方向）位置している。検出部である磁電変換素子９０４に対して上方から被検知物体が接近し、被検知物体が所定の位置に近付いたことを検出する。

実開昭６２−１２０２３９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の近接センサ９００では、回路基板９０３の磁電変換素子（検出部）９０４を搭載している面（上面）側に、磁電変換素子９０４の両側に並べて永久磁石９０９，９１０を配置していたため、投影面積が大きくなってしまうという課題があった。また、基板の上面側の厚みが厚くなり、検出部と被検知物体との距離を磁石の高さより近付けることができないため、検知する範囲が狭くなってしまうというという課題があった。

本発明は、上述した課題を解決し、検知範囲を狭めることなく投影面積を小さくすることができる位置検出装置を提供することを目的とする。

この課題を解決するために、本発明の位置検出装置は、被検知空間内での被検知物体の接近を検出するための検知部と、スペーサ部材と、被検知空間に磁界を発生させるための第１磁石及び第２磁石とからなる位置検出装置であって、前記検知部は、前記スペーサ部材を挟んで前記第１磁石と対向する位置に配置されるとともに、前記第１磁石は、前記スペーサ部材と前記第２磁石との間に前記第１磁石の磁界の向きと前記第２磁石の磁界の向きとが反対となるように配置され、前記第１磁石の着磁方向および前記第２磁石の着磁方向は、前記検知部、前記スペーサ部材、前記第１磁石および第２磁石が並ぶ方向に対して交差しており、前記第１磁石の着磁方向の長さが、前記第２磁石の着磁方向の長さよりも短くなっており、前記第１磁石と前記第２磁石とが接して配置され、前記第２磁石からの磁力が前記第１磁石からの磁力よりも被検知空間内において前記検知部からの距離が遠い位置にまで到達して、前記第１磁石からの磁力と前記第２磁石からの磁力との合成により磁界が発生しており、前記検知部は、被検知空間内を移動する被検知物体により前記第２磁石からの磁力の影響が変化することによる磁界の変化を検出して、被検知物体の接近を検出することを特徴とする。

これによれば、検知部の一方側に、磁石を検知部と重ねるように配置しているので、投影面積を小さくすることができる。また、検知部側の面には検知部しか存在しないため検出部と被検知物体との距離を近付けることができ、検知範囲を狭めることがない。従って、検知範囲を狭めることなく投影面積を小さくすることができる位置検出装置を提供することができる。さらに、第１磁石は、第２磁石よりも着磁方向の長さが短いので、第２磁石の第１磁石と重なっていない部分からの磁力が、遠方まで届くものとなる。

また、本発明の位置検出装置は、前記第２磁石は、間に磁性部材を挟んで２つの磁石を連結して形成されていることを特徴とする。

これによれば、２つ磁石で、磁石より安価となる磁性部材を挟んで第２磁石を形成しているので、小さな磁石を使用することができる。このため第２磁石の大きさを維持したまま安価にすることができるので、位置検出装置のコストを低減することができる。

本発明によれば、検知範囲を狭めることなく投影面積を小さくすることができる位置検出装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る位置検出装置の外観図である。本発明の実施形態に係る位置検出装置の構成を示す分解斜視図である。本発明の実施形態に係る位置検出装置の構造を説明する図である。図３に示すＡ−Ａ断面を示す断面図である。第１磁石と第２磁石が発生する磁力線について説明する断面模式図である。位置検出装置の動作を説明する図である。第２磁石の変形例を示す図である。特許文献１に記載の近接センサの説明図である。

［第１実施形態］
以下に第１実施形態における位置検出装置１００について説明する。

まず始めに本実施形態における位置検出装置１００の構成について図１及び図２を用いて説明する。図１は位置検出装置１００の外観図である。図２は位置検出装置１００の構成を示す分解斜視図である。

位置検出装置１００は、図１に示すように、筐体１０によって形作られる外観形状を有している。筐体１０は、非磁性体の合成樹脂材からなり略Ｌ形状に形成されており、図１に示すように基部１０ａと、カバー部１０ｂを有している。基部１０ａには接続部１０ｄが設けられており、カバー部１０ｂには検知面１０ｃが設けられている。

位置検出装置１００を用いる場合には、検知面１０ｃは被検知空間に向けて配置され、検知面１０ｃに被検知空間内を移動する被検知物体５００が接近したことを検出する。接続部１０ｄは、その内部に複数の接続電極１１が配置されており、接続電極１１を介して、位置検出装置１００が動作するための電力の供給や、位置検出装置１００の出力となる検出信号の出力が行われる。

位置検出装置１００は、図２に示すように筐体１０の内部に、検知部１と、スペーサ部材２と、第１磁石３と、第２磁石４と、を備え、更に、フレーム５と、複数の接続電極１１を有している。

検知部１は磁気抵抗素子などを用いた磁電変換素子で、検知部１に印加される磁力の状態変化を電気信号に変換して出力する。

スペーサ部材２は、ガラスエポキシ等のプリント配線板で、図２に示すスペーサ部材２のＺ１側の面及びＺ２側の面には図示しない銅箔パターンが形成されている。また、スペーサ部材２には図２及び図３（ａ）に示すように、接続孔２ａと、位置決め孔２ｂがそれぞれ４つずつ形成されている。

第１磁石３は、図２に示すように、矩形板状の外形を有しており、図２に示すＹ１‐Ｙ２方向に、Ｙ１側がＮ極、Ｙ２側がＳ極となるように着磁されている。また、第１磁石３の着磁方向の長さは、第２磁石４の着磁方向の長さよりも短くなっている。

第２磁石４は、図２に示すように、矩形板状の外形を有しており、図２に示すＹ１‐Ｙ２方向に、Ｙ１側がＳ極、Ｙ２側がＮ極となるように着磁されている。また、第２磁石４の着磁方向の長さは、第１磁石３の着磁方向の長さよりも長くなっている。

第１磁石３の外形形状と第２磁石４の外形形状の関係及び、第１磁石３と第２磁石４にそれぞれ付与される磁力の関係は、所望の磁界が発生できるように適宜調整して設定される。

フレーム５は非磁性体の合成樹脂材からなり、図２に示すように、中央部に矩形状の開口部５ａを有し、両側の側方（図２のＹ１‐Ｙ２方向）には位置決め部５ｂが形成されている。

筐体１０の基部１０ａの内部には、図２に示すように、接続部１０ｄに接続電極１１を挿通するための溝部１０ｅが設けられている。また、検知面１０ｃと対向する内底面側には、角部の４箇所に円柱状の第１突起部１０ｆが形成されている。更に、底面の中央部を四方から囲うように設けられた壁部１０ｇと、底面の中央部の両側から対向する一対の第２突起部１０ｈと、が形成されている。

接続電極１１は銅やリン青銅など非磁性の導電性材料からなり、図２に示すように、一方の先端に設けられた接合部１１ａが折り返されて形成されており、他端には端子部１１ｂが形成されている。

次に位置検出装置１００の構造について図２から図４を用いて説明する。図３は位置検出装置１００の構造を説明する図で、図３（ａ）はスペーサ部材２をＺ１側から見た上面図であり、図３（ｂ）は筐体１０及び接続電極１１を除いた側面図である。図４は、図３に示すＡ‐Ａ断面を示す断面図である。

検知部１は、図２及び図３に示すように、スペーサ部材２の上（Ｚ１）側の面に実装され、形成されている銅箔パターンに半田付け等によって電気的に接続されている。また、スペーサ部材２に設けられた接続孔２ａには、接続電極１１に形成された接合部１１ａが挿入され、半田付けやカシメなどによって構造的に固定されるとともに電気的に接続される。

第２磁石４は、筐体１０の検知面１０ｃと対向する内底面側に内底面の中央部を四方から囲うように設けられた壁部１０ｇによって位置決めされ、図２に示すＹ１‐Ｙ２方向に、Ｙ１側がＳ極、Ｙ２側がＮ極となるように壁部１０ｇの内側に固定される。

フレーム５は、両側の側方（図２のＹ１‐Ｙ２方向）に設けられた位置決め部５ｂが、筐体１０の検知面１０ｃと対向する内底面側に中央部の両側から対向する一対の第２突起部１０ｈに噛合うことによって位置決めされ、第２磁石４の上（Ｚ１）側面に対向するよう固定される。

第１磁石３は、フレーム５の中央部に設けられている矩形状の開口部５ａよって位置決めされ、図２に示すＸ１‐Ｘ２方向に、Ｙ１側がＮ極、Ｙ２側がＳ極となるように、開口部５ａの内側に、第２磁石４の上（Ｚ１）側面に接して配置され、固定される。

スペーサ部材２は、位置決め孔２ｂに、筐体１０の検知面１０ｃと対向する内底面側の角部の４箇所に設けられた円柱状の第１突起部１０ｆが挿通することで位置決めされて、第１磁石３の上（Ｚ１）側面に接して配置され、固定される。このため、検知部１は検知面１０ｃ側に配置されることとなり、検知部１の上（Ｚ１）側が被検知空間となる。また、接続電極１１の端子部１１ｂは、筐体１０の基部１０ａの内部に設けられた溝部１０ｅに挿通され、接続部１０ｄの内側に露出して固定される。

検知部１は、図３（ｂ）及び図４に示すようにスペーサ部材２の上（Ｚ１）側面に実装されており、スペーサ部材２を挟んで第１磁石３と対向する位置に配置されている。また、第１磁石３は、図４に示すように第２磁石４と逆の極性同士が対応するように、スペーサ部材２と第２磁石４との間に配置されている。このように配置されることで、第１磁石３からの磁力と第２磁石４からの磁力との合成により磁界が発生し、この磁界が検知部１に加えられることになる。

次に、位置検出装置１００の動作について、図５及び図６を用いて説明する。図５は第１磁石３と第２磁石４が発生する磁力について説明する図である。図５（ａ）は第１磁石３が発生する磁力の状態を示す断面模式図であり、図５（ｂ）は第２磁石４が発生する磁力の状態を示す断面模式図である。図６は位置検出装置１００の動作について説明する図であり、図６（ａ）は初期状態の位置検出装置１００の状態を示す断面模式図であり、図６（ｂ）は被検知物体５００が接近した場合の位置検出装置１００の状態を示す断面模式図である。なお、図５及び図６では、説明を容易にするため、検知部１とスペーサ部材２と第１磁石３と第２磁石４を必要に応じて記載し、その他の物は省略している。

第１磁石３が発生する磁力を磁力線で表すと、図５（ａ）のように表すことができ、磁力線は第１磁石３のＮ極からＳ極に向かう破線で表される。この状態では、検知部１には第１磁石３が発生する磁力によって、図５（ａ）に示すＹ１‐Ｙ２方向でＹ２側向きに強さＢ１の磁界が加わっていることになる。

第２磁石４が発生する磁力を磁力線で表すと、図５（ｂ）のように表すことができ、磁力線は第２磁石４のＮ極からＳ極に向かう破線で表される。この状態では、検知部１には第２磁石４が発生する磁力によって、図５（ｂ）に示すＹ１‐Ｙ２方向でＹ１側向きに強さＢ２の磁界が加わっていることになる。また、検知部１の上（Ｚ１）側の被検知空間内において、第２磁石４からの磁力が第１磁石３からの磁力よりもの距離が遠い位置にまで到達している。

従って、検知部１に加わる磁力を磁力線で表すと図６（ａ）のように表すことができる。この状態で検知部１には、第１磁石３からの磁力と第２磁石４からの磁力との合成によって、図６（ａ）に示すＹ１‐Ｙ２方向でＹ１側向きに強さＢ３（＝Ｂ２−Ｂ１）の磁界が加わっていることになる。この状態が、位置検出装置１００の被検知空間に被検知物体５００が近付いていない状態（初期状態）となる。

磁性体からなる被検知物体５００が移動し、被検知空間に近付いた場合、図６（ｂ）に示すように、第１磁石３からの磁力よりも距離が遠い位置にまで到達している第２磁石４からの磁力は、透磁率が高い被検知物体５００を介して磁力が伝わる。

このため、検知部１に加わる磁力は、第２磁石４からの磁力（Ｂ２）が減少することになるので、第１磁石３からの磁力と第２磁石４からの磁力との合成された磁力はその向きが初期状態から反転してＹ１‐Ｙ２方向でＹ２側に向くことになる。またその磁界の強さはＢ３’（＝Ｂ１−Ｂ２）となる。

検知部１は、磁性体からなる被検知物体５００の接近によって第２磁石４からの磁力の影響が変化し、検知部１に加わる磁界の向きの変化を検出して、電気信号に変換して出力することで被検知物体５００の接近を検出することができる。

検知部１の下（Ｚ２）側に、第１磁石３と第２磁石４とを、検知部１と重ねるように配置しているため、被検知物体５００がＸ１‐Ｘ２方向から接近してもＹ１‐Ｙ２方向から接近しても、Ｚ１方向から接近しても被検知物体５００の接近を検出することができる。

磁性体からなる被検知物体５００が移動し、被検知空間から遠ざかった場合、図６（ａ）に示す初期状態に戻り、検知部１に加わる磁力の向きは再びＹ１‐Ｙ２方向でＹ１側に向くことになる。

検知部１は、磁性体からなる被検知物体５００が遠ざかったことによって第２磁石４からの磁力の影響が変化し、検知部１に加わる磁界の向きの変化を検出して、電気信号に変換して出力することで被検知物体５００が遠ざかったことを検出することができる。

以下、本実施形態としたことによる効果について説明する。

本実施形態の位置検出装置１００では、検知部１は、スペーサ部材２を挟んで第１磁石３と対向する位置に配置され、第１磁石３は、第２磁石４と逆の極性同士が対応するように、スペーサ部材２と第２磁石４との間に配置し、被検知空間内において第２磁石４からの磁力が第１磁石３からの磁力よりも検知部１からの距離が遠い位置にまで到達し、第１磁石３からの磁力と第２磁石４からの磁力との合成により磁界が、被検知空間内を移動する被検知物体５００の接近による磁界の変化から被検知物体５００を検出するようにした。

このため、検知部１の一方側に、第１磁石３と第２磁石４とを、検知部１と重ねるように配置しているので、投影面積を小さくすることができる。また、検知部１側の面には検知部１しか存在しないため検知部１と被検知物体５００との距離を近付けることができ、検知範囲を狭めることがない。従って、検知範囲を狭めることなく投影面積を小さくすることができる位置検出装置を提供することができる。

また、本実施形態の位置検出装置１００では、第１磁石３の着磁方向の長さが、第２磁石４の着磁方向の長さよりも短くなっており、第１磁石３と第２磁石４とが接して配置されている。

これにより、第１磁石３は、第２磁石４よりも着磁方向の長さが短いので、第２磁石４の第１磁石３と重なっていない部分からの磁力が、遠方まで届くものとなる。

以上説明したように、本実施形態の位置検出装置１００によれば、検知範囲を狭めることなく投影面積を小さくすることができる位置検出装置を提供することができる。

以上のように、本発明の実施形態に係る位置検出装置１００を具体的に説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施することが可能である。例えば次のように変形して実施することができ、これらの実施形態も本発明の技術的範囲に属する。

（１）本実施形態において、第２磁石は矩形板状の外形を有する一つの磁石を用いて構成する例を示して説明を行ったが、図７に示すように、第２磁石６を２つの磁石７で磁性部材８を間に挟んで、連結して形成するように変更して実施しても良い。図７は第２磁石６の構成を示す図で、図７（ａ）は第２磁石６の構成を示す分解斜視図であり、図７（ｂ）は第２磁石６と第１磁石３を組み合わせた状態を示す図である。第２磁石６をこのよう構成することにより、２つの磁石７で、磁石より安価となる磁性部材８を挟んで第２磁石を形成することができるので、２つの磁石７には小さな磁石を使用することができる。このため第２磁石の大きさを維持したまま安価にすることができるので、位置検出装置のコストを低減することができる。

（２）本実施形態において、位置検出装置１００は、筐体１０を有する例を示して説明を行ったが、使用される用途に応じて筐体を省略して実施しても良い。また、筐体の形状も使用される用途や設置される場所に応じて適宜変更して実施することができる。

１検知部
２スペーサ部材
２ａ接続孔
２ｂ位置決め孔
３第１磁石
４第２磁石
５フレーム
５ａ開口部
５ｂ位置決め部
６第２磁石
７磁石
８磁性部材
１０筐体
１０ａ基部
１０ｂカバー部
１０ｃ検知面
１０ｄ接続部
１０ｅ溝部
１０ｆ第１突起部
１０ｇ壁部
１０ｈ第２突起部
１１接続電極
１１ａ接合部
１１ｂ端子部
１００位置検出装置

Claims

被検知空間内での被検知物体の接近を検出するための検知部と、スペーサ部材と、被検知空間に磁界を発生させるための第１磁石及び第２磁石とからなる位置検出装置であって、

前記検知部は、前記スペーサ部材を挟んで前記第１磁石と対向する位置に配置されるとともに、前記第１磁石は、前記スペーサ部材と前記第２磁石との間に前記第１磁石が発する磁界の向きと前記第２磁石が発する磁界の向きとが反対となるように配置され、前記第１磁石の着磁方向および前記第２磁石の着磁方向は、前記検知部、前記スペーサ部材、前記第１磁石および第２磁石が並ぶ方向に対して交差しており、前記第１磁石の着磁方向の長さが、前記第２磁石の着磁方向の長さよりも短くなっており、前記第１磁石と前記第２磁石とが接して配置され、

前記第２磁石からの磁力が前記第１磁石からの磁力よりも被検知空間内において前記検知部からの距離が遠い位置にまで到達して、前記第１磁石からの磁力と前記第２磁石からの磁力との合成により磁界が発生しており、

前記検知部は、被検知空間内を移動する被検知物体により前記第２磁石からの磁力の影響が変化することによる磁界の変化を検出して、被検知物体の接近を検出することを特徴とする位置検出装置。
前記第２磁石は、間に磁性部材を挟んで２つの磁石を連結して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。